大扩展比车载医疗方舱滑道的研究与设计

引言

机动能力强、能快速展开部署的车载医疗方舱十分适合我国卫勤救援的现状，但是现有的方舱扩展效率低、扩展面积不大无法满足我国医疗卫勤保障的需要，因此我们研制出一种具有大扩展比的车载医疗方舱[1-7]。此车载医疗方舱主要包括：底盘、车厢、左扩展模块、右扩展模块、副车架、滑道、电动调平支腿[8]，整车见图1。为了方便运输，车辆运输或行驶时左右扩展模块收缩在车厢内；扩展时无需装卸，3～6人即可完成左右扩展模块自动展开，操作简单，大大地提高了车载方舱的运行效率[9]。滑道与电动调平支腿作为方舱支撑调平系统[10-13]中重要的部分共同支撑着扩展模块，现有的滑道为整体式，无法随车运载，而且滑道需要人工进行扩展、回收，效率低下，因此设计出适用于大扩展比车载医疗方舱的滑道很有必要。

本文研究设计的大扩展比车载医疗方舱滑道是一种能快速动作的多级抽拉平面滑道，能在较短时间内进行自动展开和撤收，为大扩展比车载医疗方舱扩展模块提供稳定的支撑。

1 现状及特点

1.1 现状

滑道作为车载医疗方舱支撑系统中重要的组成部分，在方舱扩展时起着十分重要的作用。滑道一般共有两组（图2），通常采用高强度方钢，安装在厢体一侧底部[14]，对医疗方舱扩展部分起着定位和支撑作用。我国对车载方舱滑道的研究起步比较晚、研究投入比较少，适用于大扩展比车载医疗方舱的滑道产品种类较少。

1.2 特点

目前市场上出现的滑道在安装时需要人员对滑道及其附件分组按编号顺序安装[15]，都存在着结构稳定性不足、展收效率低等缺点，无法满足大扩展比车载医疗方舱的使用需要。而且大多数的滑道完全伸展开时是非平面，不能保证车载医疗方舱扩展舱下底面水平，影响医疗方舱的单独使用。

2 大扩展比车载医疗方舱滑道的研究与设计方案

2.1 整体构想

针对目前国内外现有的车载医疗方舱的特点及我国军队医疗保障系统的需要，我们研究设计了一种适用于大扩展比车载医疗方舱的多级平面滑道。通过滑道的伸展对车载医疗方舱扩展区域进行支撑，并引导医疗方舱扩展模块的快速扩展、定位，各条滑道由支腿支撑并调平。通过控制驱动系统来实现滑道的自动扩展与回收。

抽拉滑道比较节约空间，各级抽拉滑道都在固定滑道内。车载医疗方舱只需在副车架中预留出固定滑道的位置，十分适用于整装整卸[16]，所以我们选择设计一种可以抽拉的多级平面滑道。

与其他驱动方式相比，通过齿轮、齿条和电机展收滑道更易实现，而且电机控制动作平稳、安全，容易实现精确定位。

调平支腿主要有液压和机械（螺杆）支撑两种形式，其中机械形式高度调节比较精准，且便于自锁，不宜发生沉降。考虑到扩展方舱内的移动式医疗设备需要有较长时间稳定的操作平台，且方舱展开时需要快速、高精度的调平。所以我们设计采用机械支腿，自动调平机构选用电动型平衡支撑系统，工作电压为直流24 V。

2.2 具体设计内容

我们设计了一种可以电动抽拉的C型多级滑道。每条滑道主要由固定滑道、各级抽拉滑道、电动调平支腿、电机、齿条、控制系统等组成，每级抽拉滑道由电机驱动齿条控制滑道展开和收回。每条滑道安装于副车架上，在行车状态下抽拉滑道收缩于固定滑道中；车辆停稳后，在医疗方舱扩展前,固定在车架上的主支腿伸出将车辆支离地面并调平，然后逐级伸出抽拉滑道，每级抽拉滑道由各级电机驱动各级齿条张开。在每级滑道伸展到位后，安装在每级滑道上的机械支腿自动伸出、支撑滑道并且进行调平。在滑道回收时，先把最外侧的支腿收回，随后收缩最外一级的滑道，然后依次回收内侧的滑道支腿及滑道，直至滑道完全收回副车架下。控制系统可以在一个面板上操作，实现对滑道扩展、调平、回收的全过程自动控制，最大程度上减少了人工操作。

2.2.1 滑道结构设计

滑道的结构示意图（图3），三级抽拉滑道安装在二级抽拉滑道内，二级抽拉滑道安装在一级抽拉滑道内，一级抽拉滑道安装在固定滑道内。每级滑道之间都安装有侧滑块和下滑块，齿条安装在每级抽拉滑道的下部，电机和电动调平支腿安装在每级抽拉滑道的前端。

滑道装配示意图，见图4。

滑道完全扩展状态图，见图5。

每级抽拉滑道侧滑块通过螺栓固定在各级滑道上，在抽拉滑道伸缩过程中起着支撑和定位的作用。此外每级抽拉滑道下方都有前后下滑块,前下滑块用螺栓固定在上一级滑道内前端，后下滑块固定在每级抽拉滑道下部尾端。前后下滑块不仅起着支撑滑道的作用，还起着定位作用防止抽拉滑道越位。

考虑到车载医疗方舱有可能在环境恶劣、地形复杂、多种气候条件中工作，一旦电力、油料供应缺乏或者滑道控制、动力系统损坏，滑道就无法正常工作从而影响医疗方舱的正常使用。因此我们在扩展电机和支腿电机动力传动部分增加了一个手动口（图6～7）。在滑道电机和支腿电机无法工作时，增加的手动口可以方便进行人工伸缩滑道和调平支腿。

2.2.2 控制系统设计

滑道控制系统主要由PLC、扩展电机、支腿电机、双轴传感器、限位开关、操作面板等组成：PLC是滑道控制系统的核心，控制着滑道动作的顺序；扩展电机收扩每级抽拉滑道；支腿电机支撑调平每级抽拉滑道；双轴传感器检测每条支腿的水平状态；限位开关对每级抽拉滑道进行定位；操作面板控制着滑道的动作。

滑道伸展过程的主要技术路线图，见图8，滑道伸展前收扩系统[17]首先自检，然后一级扩展电机工作驱动伸出一级抽拉滑道，一级抽拉滑道伸展到位后，一级抽拉滑道支腿电机才能工作伸出支撑地面并调平；随后二级扩展电机工作驱动伸出二级抽拉滑道，二级抽拉滑道伸展到位后，二级抽拉滑道支腿电机才能工作伸出支撑地面并调平；最后三级扩展电机工作驱动伸出三级抽拉滑道，三级抽拉滑道伸展到位后，三级抽拉滑道支腿电机才能工作伸出支撑地面并调平。滑道的伸缩和电动调平支腿的支撑、调平控制集成在一个液晶控制屏上，实现了一键控制所有动作。

3 应用及特点

3.1 应用

针对滑道受力最为严重的3种情况我们分别经过ANSYS分析发现：① 一级抽拉滑道刚伸展到位，二、三级滑道未伸出时（工况1）滑道最大应力为34.8 Mpa，见图9；② 滑道完全展开到位，扩展舱伸展到一级滑道中间时（工况2）滑道最大应力为48.8 Mpa，见图10；③ 扩展舱完全展开到位时（工况3）滑道最大应力为38.1 Mpa，见图11。经过分析可知滑道强度满足医疗方舱需要，我们正在进行相关实物样机制作，并应用在制作中的大扩展比车载医疗方舱上，滑道展开效果图，见图12。

滑道的主要技术参数，见表1。该种滑道不仅可以使用在医疗扩展方舱上还可以使用在军用指挥扩展方舱、通信扩展方舱、生活保障扩展，方舱更可以使用在民用扩展领域，如车载扩展别墅、房车、通信车上。

3.2 主要技术特点

（1）可以实现自动和手动伸展、收缩滑道。在正常情况下旁接电源为控制系统提供电力。在无电源或电机损坏的紧急情况下，可以实现人工手动抽拉滑道保证医疗方舱的正常扩展。提高系统的耐用性、自救性、抗损性、可靠性及性价比。

（2）滑道可以在多种地形环境下使用。既可以在平坦地域内使用，又可以在狭窄崎岖的环境中使用。在地形较为狭窄，无法保证方舱全部展开的情况下，滑道可以选择只展开1级滑道或1、2级滑道，此时，扩展舱只需展开1个扩展模块或2个扩展模块，也能实现车载医疗方舱的主要功能。

（3）滑道可以适应各种恶劣环境。由于滑道结构采用的是可抗低温、抗盐雾等的材料，所以其抵抗强风、高温、低温的性能比较优异。

（4）滑道稳定性比较好。滑道可以与支腿组合共同对车载医疗方舱的扩展模块起着稳固的支撑作用，支腿可以实现自动找平，降低了由于滑道不平带来的各种风险。

（5）滑道节约空间。每级抽拉滑道都可以被回收到固定滑道内，所以其空间利用率较高。车载医疗方舱不用预留一定的空间，滑道也不会对车载系统造成干涉。

（6）滑道动作平稳。每级滑道由每级齿轮电机控制，滑道动作比较平稳、精准。

（7）滑道使用寿命长。滑道不易发生变形、干涉，使用寿命和无故障扩展撤收次数比较高。

（8）滑道拆装检修维护方便。滑块与滑道之间是通过螺栓连接，所以滑道拆装更换比较方便，如果滑道、滑块出现问题可以方便更换。

4 结论

本文提出了一种适用于大扩展比车载医疗方舱的C型多级抽拉平面滑道。该种滑道的应用可以使车载医疗方舱拥有更大的扩展区域，并且有效提高了车载医疗方舱快速展开救援的能力。该滑道的研制可以推动车载医疗方舱整体的发展，进而全面提升我国战争、次生灾害紧急救援现场医疗质量和水平。多级抽拉平面滑道作为一个支撑平台在满足救援医疗需求的基础上，还可被利用在移动民房、应急通信车扩展上，带来一定的经济和社会效益。

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